Control sensorless de un convertidor modular multinivel

Abstract

Los convertidores modulares multinivel han surgido como una solución efectiva ante aplicaciones de alta tensión y potencia. Su modularidad les otorga la capacidad de aumentar el nivel de tensión agregando submódulos en serie, lo que permite mejorar la calidad de la energía entregada en términos de contenido armónico. Sin embargo, esto obliga a que se aumente el número de sensores usados en el convertidor, lo que aumenta sus costos y complejidad. En el presente trabajo se estudia el control de un convertidor modular multinivel, sin medición de sus variables internas, monofásico de 5 niveles con topología medio puente en sus submódulos. Esto se realiza mediante un observador de estados basado en un Filtro de Kalman Extendido, con el que se estiman las tensiones de condensador de submódulos, corriente circulante y corriente de salida del convertidor. Luego, estas estimaciones son usadas para reemplazar las señales adquiridas por los sensores correspondientes del convertidor. Este estudio se realiza tanto en simulación como en implementación experimental, bajo 4 casos: arranque del estimador con condiciones iniciales cero, cambio de referencia a lazo abierto, cambio de referencia a lazo cerrado con y sin mediciones. Los resultados obtenidos para simulación entregaron errores menores al 22% en la estimación de sus variables de control en estado estacionario para índices de modulación superiores a 0,5. Además, la respuesta dinámica del sistema de estimación se mantiene similar a la del convertidor. Por otra parte, al implementar experimentalmente este sistema se obtuvieron errores menores al 22% al igual que en simulación. Sin embargo, en este caso si se observa una variación en la respuesta dinámica. Se detecto que la principal causa del error corresponde al tiempo muerto en los pulsos complementarios y a la dinámica de encendido/apagado de los semiconductores, los cuales no se modelan en el observador de estados.